1.5%苦参·蛇床素水剂在番茄和土壤中的最终残留及消解动态

陈 妍

(商丘职业技术学院，河南 商丘 476000)

目前，我国的温室、大棚等设施园艺正逐步趋向于大型化、成熟化，不仅解决了我国农产品供给季节性不平衡的问题，也解决了区域性种植的问题，从而实现了蔬菜、水果全年供应、均衡生产[1]。然而，设施园艺环境相对封闭，温度高、湿度大，容易滋生病虫害，使得防控病虫害的农药种类、用量、使用次数增加，势必会提高农药在农产品和环境中的残留风险[2]。已有研究表明，农药在大棚蔬菜中的残留量均高于露地，而我国农药残留试验多在露地进行，如果用露地环境下得到的农药残留数据和安全间隔期来指导设施蔬菜的生产，存在一定的风险[2-8]。因此，对比研究常用农药在露地和大棚条件下的消解残留对保障农产品质量安全具有重要意义。

苦参碱是从苦参的根、茎、叶、果实中提取的生物碱，具有杀菌及杀虫活性，已广泛应用于蔬菜、水果、茶树等无公害农产品的虫害防治[9]。但有研究表明，苦参碱对小鼠有亚急性毒性，主要毒性靶器官为脑、肝脏、肾脏，且在一定程度上有遗传毒性作用。蛇床子素是从蛇床、欧前胡等传统中草药中提取的香豆素类化合物，具有杀虫抑菌的作用[10]。蛇床子素作用机制独特，不易产生抗性，活性高、对作物安全，应用前景广阔。目前，对苦参碱和蛇床子素的报道主要集中在含量的测定和生物试样的检测等方面[11-15]，尚未见其在番茄中的分析方法及消解动态研究，也未见苦参碱和蛇床子素在不同栽培模式下的降解动态差异研究。苦参碱和蛇床子素在大棚生产中的应用日益广泛，而对其在大棚环境中的残留降解情况及可能对农产品造成的残留污染程度研究甚少，基于此，采用高效液相色谱分析(HPLC)的方法，测定苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中的消解动态和最终残留，同时比较露地和大棚2种环境下的残留差异，以期为1.3%苦参·蛇床素在露地和大棚蔬菜中的安全使用提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试药剂：1.5%苦参·蛇床素水剂(山西德威本草生物科技有限公司)、苦参碱和蛇床子素标准品(纯度≥98%，中国药品生物检定所)、其他所需试剂(均为分析纯)。

仪器与设备：Agilent 1100液相色谱仪(美国安捷伦科技公司)、R-215旋转蒸发仪(瑞士步琪公司)、TCL-40B离心机(常州市亿能实验仪器厂)及其他实验室常用仪器设备。

供试作物：番茄，品种为瑞粉882。

1.2 试验设计

田间试验于2018年在商丘市开展，露地与大棚的消解动态及最终残留试验安排在同一时间进行。试验用2块地条件相似。按《农药残留试验准则》[16]设置试验小区，并按照准则要求采集和处理番茄、土壤样品。

1.2.1 消解动态试验 1.5%苦参·蛇床素水剂采用有效成分16.875 g/hm2(推荐高剂量的1.5倍)的剂量于番茄果实长到约成熟个体1/2大小时，对水均匀喷雾1次，分别于施药后1/24、1/2、1、3、5、7、10、14、28 d采集番茄样品。另外，在露地和大棚各选一平整且墒情好的地块20 m2，按上述剂量进行地面施药，并按番茄的采样时间采集土壤样品，测定番茄和土壤中苦参碱和蛇床子素的残留量。

1.2.2 最终残留试验 1.5%苦参·蛇床素水剂的最终残留试验按照有效成分11.250～16.875 g/hm2(推荐高剂量和推荐高剂量的1.5倍)的剂量施药3～4次，1/24、1/2、1、3、5、7、10、14、28 d后测定苦参碱和蛇床子素的残留量。

1.3 分析方法

1.3.1 样品提取与净化

1.3.1.1 番茄 于100 mL离心管中加10 g番茄样品，加入30 mL甲醇溶液高速匀浆，然后用1 mol/L NaOH溶液调节pH值(9.0～10.0)。超声20 min后，加4 g氯化钠，涡旋，经4 000 r/min离心后取15 mL上清液于100 mL梨形瓶中，40 ℃减压浓缩，2.0 mLV(二氯甲烷)∶V(石油醚)=1∶9溶液定容，待进一步净化。

预先用5.0 mLV(二氯甲烷)∶V(石油醚)=1∶9溶液活化PSA固相萃取柱，而后将上述番茄样品定容液转入柱内，接着用4.0 mLV(二氯甲烷)∶V(石油醚)=1∶9溶液分2次洗涤梨形瓶后上柱，待样液全部通过PSA柱后，弃之。再用9.0 mLV(二氯甲烷)∶V(石油醚)=9∶1溶液分3次洗涤梨形瓶后上柱，15 mL二氯甲烷淋洗，收集这一段洗脱液，40 ℃减压浓缩近干，2 mL甲醇定容，过0.22 μm滤膜，备检。

1.3.1.2 土壤 称取10 g样品于250 mL锥形瓶中，加50 mLV(甲醇)∶V(水)=6∶4溶液，然后用1 mol/L NaOH溶液调节pH值(9.0～10.0)，超声提取15 min后，Celite545砂芯漏斗抽滤，20 mL提取剂分3次洗涤残渣，合并滤液，移入分液漏斗，分别用20、20、15 mL二氯甲烷萃取，合并萃取液，40 ℃减压浓缩近干，2 mL甲醇定容，过0.22 μm滤膜，备检。

1.3.2 HPLC检测条件 色谱柱：Accurasil C18 (250 mm × 4.6 mm，5 μm)；进样量：10 μL；柱温：30 ℃；检测波长：210 nm；流动相：A为甲醇，B为0.1%磷酸水溶液，流动相梯度洗脱见表1。定量方式：外标法定量。

表1 流动相梯度Tab.1 The gradient mobile phase

1.3.3 标准曲线的绘制 苦参碱和蛇床子素先用甲醇配制成100 mg/L的标准储备液，再用甲醇稀释成0.01～5.00 mg/L不同质量浓度的标准工作液，HPLC检测。以苦参碱和蛇床子素的质量浓度(x)—峰面积(y)作图，得到标准曲线回归方程。

1.3.4 添加回收试验 在空白番茄、土壤样品中分别按0.01、0.10、0.50 mg/kg 3个水平添加苦参碱和蛇床子素标准工作液，每个水平做5份平行样品，按1.3.1中的前处理方法和1.3.2中的HPLC检测方法，计算苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中的回收率和相对标准偏差(RSD)。

1.4 数据处理

采用一级动力学方程式(Ct=C0e-kt)计算苦参碱和蛇床子素在番茄或土壤中的残留量，半衰期 (T1/2)=ln2/k。式中：Ct为t时刻苦参碱或蛇床子素的残留量(mg/kg)，C0为苦参碱或蛇床子素的原始沉积量(mg/kg)，k为降解速率常数，t为施药后时间(d)。

2 结果与分析

2.1 苦参碱和蛇床子素标准曲线的绘制

由图1、2可知，在0.01～5.00 mg/L质量浓度范围内，在所选定的HPLC检测条件下，苦参碱和蛇床子素的标准曲线方程分别为y=11 223.88x-213.33(r2=0.999 6)、y=1 124.5x-34.824(r2=0.999 2)，其质量浓度与峰面积呈良好线性关系，满足农残上的定量分析要求。

图1 苦参碱标准曲线 Fig.1 Standard curve of matrine

图2 蛇床子素的标准曲线Fig.2 Standard curve of osthol

2.2 HPLC法测定苦参碱和蛇床子素的灵敏度、准确度及精密度

根据苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中的添加回收率(表2)可知，该方法的最低检出浓度为0.01 mg/kg，在1.3.2中的HPLC检测条件下，苦参碱和蛇床子素的最小检出量为0.016 ng。在3个水平上，苦参碱在番茄和土壤中的平均回收率为89.4%～98.4%，RSD为1.8%～5.6%；蛇床子素在番茄和土壤中的平均回收率为89.3%～98.6%，RSD为2.3%～5.1%，符合农残检测的要求[16-17]。

表2 苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中平均回收率和RSD值(n=5)Tab.2 Average recovery and RSD value for matrine and osthol in tomato and soil(n=5)

2.3 苦参碱在番茄和土壤中的消解动态

消解动态结果(表3)表明，露地和大棚条件下苦参碱在番茄和土壤中的残留降解符合一级动力学指数模型Ct=C0e-kt，其残留量随施药时间的延长而降低。施药后1/24 d，苦参碱在露地和大棚番茄中的原始沉积量分别为1.634 2、1.782 4 mg/kg，土壤中的原始沉积量分别为0.343 3、0.521 3 mg/kg，即苦参碱在大棚番茄和土壤中的原始沉积量均高于其在露地的相应值。苦参碱在番茄中消解半衰期为5.18 d(露地)、6.70 d(大棚)，在土壤中消解半衰期为7.45 d(露地)、8.08 d(大棚)，即其在大棚番茄和土壤中的降解速率均慢于其在露地。

表3 苦参碱在番茄和土壤中的消解动态Tab.3 Degradation dynamics of matrine in tomato and soil

注：C是残留量，t是施药后时间，T1/2是消解半衰期,下同。
Note:Cis the residue,tis the time after pesticide application,andT1/2is the half-life, the same below.

2.4 蛇床子素在番茄和土壤中的消解动态

消解动态结果(表4)表明，露地和大棚条件下蛇床子素在番茄和土壤中的残留降解符合一级动力学指数模型Ct=C0e-kt，其残留量随施药后采样时间的延长而降低。施药后1/24 d，其在露地和大棚番茄中的原始沉积量分别为5.421 3、5.652 1 mg/kg，土壤中的原始沉积量分别为2.273 2、2.603 5 mg/kg，即蛇床子素在大棚番茄和土壤中的原始沉积量均高于其在露地的相应值。蛇床子素在番茄中消解半衰期为1.70 d(露地)、1.99 d(大棚)，在土壤中消解半衰期为2.30 d(露地)、2.67 d(大棚)，即其在大棚番茄和土壤中的降解速率均慢于其在露地。

表4 蛇床子素在番茄和土壤中的消解动态Tab.4 Degradation dynamics of osthol in tomato and soil

注：ND表示未检出 (即样品中苦参碱残留量低于方法最低检出浓度),下同。
Note:ND means that the pesticides are not detected(i.e.the residues of matrine in the samples are lower than the minimum detected concentration)，the same below.

2.5 苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中的最终残留量

最终残留结果(表5)表明，1.5%苦参·蛇床素水剂按照有效成分11.250～16.875 g/hm2的剂量施药3～4次，苦参碱在番茄和土壤中的残留量分别为ND～0.427 4、ND～0.124 6 mg/kg(露地)和0.010 2～0.522 8、0.012 2～0.188 5 mg/kg(大棚)；蛇床子素在番茄和土壤中的残留量分别为ND～0.388 7、ND～0.231 3 mg/kg(露地)和ND～0.395 2、ND～0.237 4 mg/kg(大棚)。苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中的残留量随采样间隔期的延长而降低，在相同施药剂量、次数和采收间隔条件下，除个别情况外(间隔7 d的4个处理中均未检出蛇床子素)，二者在大棚番茄和土壤中的最终残留量均高于其在露地的相应值。

表5 苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中的最终残留量Tab.5 Final residues of matrine and osthol in tomato and soil

3 结论与讨论

3.1 提取、测定方法能满足农残分析要求

建立了苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中的残留检测分析方法，即样品经甲醇提取，PSA固相萃取-HPLC检测其残留量。在0.01、0.10、0.50 mg/kg添加水平内，苦参碱在番茄和土壤中的平均回收率为89.4%～98.4%，RSD为1.8%～5.6%；蛇床子素在番茄和土壤中的平均回收率为89.3%～98.6%，RSD为2.3%～5.1%，符合农残分析的要求。

3.2 苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中易降解

2种栽培模式下苦参碱和蛇床子素的半衰期分别为5.18～6.70 d(番茄)、7.45～8.08 d(土壤)和1.70～1.99 d(番茄)、2.30～2.67 d(土壤)，表明苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中降解较快，本结果与余磊等[10]、孙扬等[18]、向章敏等[19]、郝佳等[20-21]对蛇床子素和苦参碱在其他作物上的研究结果一致。距末次施药1、3、7 d后采集番茄和土壤样品，露地、大棚条件下苦参碱在番茄中的最高残留量分别为0.427 4、0.522 8 mg/kg，低于我国规定的苦参碱在黄瓜中的临时限量5 mg/kg[22]；露地、大棚条件下蛇床子素在番茄中的最高残留量分别为0.388 7、0.365 2 mg/kg，且末次施药7 d后，露地和大棚采集的番茄和土壤中均未检出蛇床子素。由此可知，苦参碱和蛇床子素消解快、残留低，二者均属易降解农药[23]，在番茄上使用安全。

3.3 苦参碱和蛇床子素在番茄和土壤中的消解具有环境因素差异

本研究结果显示，无论番茄还是土壤样品，苦参碱和蛇床子素在大棚番茄和土壤中的消解半衰期均长于其在露地，且原始沉积量和最终残留量均高于其在露地的相应值。分析其原因可能有二：一是露地和大棚的环境差异。棚内空间有限，空气流通不畅，施药后药液偏移的可能性小，从而增加其在作物和地面上的原始沉积量。此外，棚内温度高、湿度大可能在一定程度上会加速农药的消解，但其受自然光、风、雨等因素的影响较小，因此消解半衰期均长于其在露地。二是露地和大棚的光照强度差异。农药施用后进入环境，大棚的塑料薄膜在很大程度上阻挡或吸收了光线，阻碍农药光解，因此二者在大棚的消解半衰期均长于露地。这与黄兰淇等[7]对噻虫嗪和啶虫脒、郑坤明等[8]对毒氟磷、陈妍等[17]对鱼藤酮和印楝素的研究结果相吻合。由此看来，不同的栽培模式，农药的降解速率和残留量均有所差异。